文档介绍：天津大学
硕士学位论文
高超声速飞行器动力学建模
姓名:霍俊焱
申请学位级别:硕士
专业:一般力学与力学基础
指导教师:吴志强
20090601
摘要关键词:高超声速飞行器一般是指飞行马赫数大于诖笃愫涂绱笃阒惺迪指超声速飞行的飞行器。高超声速飞行器有着广阔的应用背景,可以帮助人们实现经济、高效的太空开发和利用。在世纪八九十年代已对这种类型的飞机作了不少研究工作,然而要实现人们期望的高超声速飞行,还有许多问题必须解决。高超声速飞行器由于其飞行任务和结构设计上的要求,出现了很多常规飞行器从未考虑的问题,如吸气式高超声速推进技术,高超声速气动弹性力学等。就目前文献来看,在气动弹性力学的研究方面,大部分文献在计算高超声速飞行器受力的时都把飞行器简化成刚性体,这种简化方法忽略了气动力和机身弹性之间的耦合作用,当机身变形较大的时候解会发生失真,部分文献在计算飞行器受力的时考虑了机身变形,但是在考虑机身变形时只考虑了线弹性小变形,本文考虑到飞行器细长的几何特征,在高速飞行的时候机身很可能会出现大变形,将飞行器建模成两段悬臂梁,并考虑了由于梁的横向振动致使其中性面非线性伸长产生的应变与位移的非线性关系,建立了梁横向振动的非线性方程,用非线性模态的方法对粱振动方程进行分析,得出了梁振动的非线性模态,并比较了线性模态与非线性模态,定性说明了非线性模态相对于线性模态的精确性,继而运用非线性模态和活塞理论在考虑扰动的情况下对飞行器进行了分析,得出了非线性变形下飞行器受力的表达式。最后用拉格朗日方程建立了柔性飞行器的动力学模型,为进一步对高超声速飞行器进行稳定性和操纵性分析奠定了基础。高超声速飞行器非线性模态活塞理论非线性梁
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学位论文作者签名:霍镟学位论文作者签名:霍笈盏独创性声明签字日期:卵年口√月巧日学位论文版权使用授权书。夕年。∥月西,或撰写过的研究成果,也不包含为获得苤盗盘堂或其他教育机构的学位或证本学位论文作者完全了解叁盗盘堂有关保留、使用学位论文的规定。特授权基生盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检研究成果,除了文中特别加以标注和致谢之处外,论文中不包含其他人已经发表本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。索,并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。C艿难宦畚脑诮饷芎笫视帽臼谌ㄋ得签字日期:导师签名:
第一章绪论高超声速飞行器的研究背景多少年来,飞向太空,飞得更高,飞得更快,一直是人类孜孜以求的梦想。然而人类真正的飞行史仅有百年。有清楚文字记载的人类首次飞行在年月日,美国莱特兄弟的飞机试飞成功,其飞行速度为千米/时,!T诙大战期间,由于受到战争需求的强烈驱动,飞机的飞行速度迅速提高,当时战斗机的飞行速度已高达祝保尚懈叨千米。从年月日美国由火箭推动的尚衅魇迪至顺俜尚校尚兴俣任祝马赫数、飞行高度千米,到世纪六七十年代超声速战斗机飞行速度达千米/时砗帐.⒎尚懈叨祝诓坏甑氖奔淅铮嗣强朔“声障”,实现了从亚声速到超声速飞行的跨越。马赫数陨献钤绲母叱俜尚惺怯擅拦腦一飞行器在七十年代实现的,其飞行速度为千米/时、,具有可在大气层内外飞行的能力。它先由波音公司的湔机带到千米高空投放,然后开始自主飞行。这种飞行器已具有一些超声速飞行器所没有的高超声速飞行器的特色,它不再以翼型理论作为主要设计基础而应用了升力体的新概念,采用了镍质合金的热防护结构以克服高超声速流动特有的气动热问题。在的头部附近还增设有射流孔可用于飞行姿态控制,而传统飞行器的姿态控制都是由舵翼来实现的。更高的飞行速度是由航天飞机实现的。美国的航天飞机从椎厍蚪毓斓涝偃氪笃闶保浞尚兴俣瓤筛叽锫砗数。如果以地面声速作度量,这个速度可换算为祝薄>」芤丫步实现了高超声速飞行,但是真正的高超声速飞行时代尚在人们的期待之中。美国气体动力学家安德森在他最近的一本计算流体力学的教科书中写道:“世纪早期,在世界的某一主要机场,一架漂亮的流线型飞机滑向跑道,加速起飞,迅速爬升,几分钟之后,就在大气层内达到了高超声速,很快地消失在人们的视线之外。这时它的超声速燃烧推进系统继续提供足够的推力,使其飞行速度高达千米/时,顺利地进入地球近地轨道。’’他强调这不是科学幻想,未来的高超声速飞行器将在新世纪的早期成为现实。依据飞行器飞行速度的增长趋势,天津大学硕士学位论文
⒍肮剐头矫娴难芯肯肿纵观航空航天百年发展史,